JP2005238935A - 車輪支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両の乗り心地を向上可能な車輪支持装置を提供する。
【解決手段】 車輪支持装置２００は、ダンパー１４０，１５０と、ボールジョイント１６０，１７０と、ナックル１８０と、アッパーアーム２１０と、ロアアーム２２０とを備える。ダンパー１４０，１５０は、車体の上下方向ＤＲ１からインホイールモータＩＷＭのケース６０に取り付けられ、それぞれ、ナックル上部１８０ａ、ナックル下部１８０ｂに連結される。トルクロッド３００が設けられインホイールモータＩＷＭの重心の振動は、その重心を通る直線上を移動するように制限されている。等速ジョイント３０にはニードルベアリング３２が設けられ、シャフト１１０は軸方向にスライド可能にホイールハブ２０に取り付けられている。かかる構造により、車輪の上下方向の振動がインホイールモータＩＷＭの上下動により効率よくキャンセルされ、車両の乗り心地が向上する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両の乗り心地を向上させる車輪支持装置に関するものである。

従来のインホイールモータ駆動方式においては、特開２００３−５３０２６３号公報（特許文献１）に示されるように、モータ構造体は、重心またはそれに隣接して延びる枢軸のまわりに枢動される。それゆえ、釣り合いにより車輪およびナックルの弾まない重量を減少する。モータ構造体の回転は、等速度継ぎ手を介して車輪に伝達される。

また、従来のインホイールモータ駆動方式として、中空モータをモータサスペンションによって支持したものが知られている（非特許文献１）。中空モータのロータは、車輪のホイールに連結されており、ホイールを回転させる。中空モータのステータは、モータサスペンションによって車両の上下方向に振動可能に支持され、バネ下重量から切離される。そして、ホイールは、サスペンションアームによって車両に支持される。このインホイールモータ駆動方式においては、車輪が振動すると、中空モータは、車輪の振動をホイールを介して受け、車両の上下方向に振動する。そして、中空モータの振動は、バネ下の振動を相殺する。この場合、モータと車輪の回転軸がずれてもモータで発生した動力がスムーズに車輪に伝わるようにフレキシブルカップリングが用いられている。
特開２００３−５３０２６３号公報 長屋 豪、他２名，「ダイナミックダンパ型インホイールモータの開発（２００２５５４４）」，学術講演会前刷集ＮＯ．８３−０２，社団法人自動車技術会，平成１４年１１月２６日，ｐ９−１２

しかし、従来のインホイールモータ駆動方式では、上述の等速度継ぎ手やフレキシブルカップリングに、モータの上下方向の相対移動に伴う荷重に耐えうるように設計する必要があり、ある程度の強度が必要とされ、十分な小型化ができなかった。

このため、電動輪の全体のサイズが大きくなってしまうという問題があった。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、車両の乗り心地をさらに向上し、かつ小型化された車輪支持装置を提供することである。

この発明によれば、車輪支持装置は、車輪のホイール内に設けられた荷重部材に取り付けられ、車輪の振動と荷重部材の振動とを互いに減衰するように配置された弾性部材と、一方端が弾性部材に連結され、他方端が車体の上下方向に回動可能に車体に固定されるサスペンションアームと、サスペンションアームおよび弾性部材に連結され、車輪のホイールを回転可能に支持する回転支持部材と、車輪の振動が静止している状態における荷重部材の重心位置を通る直線上を荷重部材の重心が往復運動するように荷重部材の運動軌跡を規制する規制部材とを備える。

好ましくは、荷重部材は、モータと、モータが発生する動力を出力する出力軸と、荷重部材の重心の往復運動に応じたモータの出力軸に沿う方向の変位が可能になるように出力軸に取り付けられ、出力軸の回動をホイールに伝達する等速ジョイントと、サスペンションアームに弾性部材を介して取り付けられ、モータを収納するケースとを含む。

より好ましくは、荷重部材は、モータの回転数を所定の比で変速して出力軸に伝達する変速機をさらに含む。

より好ましくは、規制部材は、荷重部材の両脇に直線と平行に設けられる一対のトルクロッドと、一対のトルクロッドにそれぞれ沿う方向に可動に取り付けられた一対のアームとを含み、ケースは、モータの出力軸および荷重部材の重心を通る直線の両方に直交する軸を中心として荷重部材が回動可能にアームに対して取り付けられる。

好ましくは、サスペンションアームは、ロアアームと、アッパーアームとを含み、弾性部材は、ロアアームの端部とケースとの間に設けられる第１の弾性部材と、アッパーアームの端部とケースとの間に設けられる第２の弾性部材とを含む。

より好ましくは、第１、第２の弾性部材は、重心を通る直線上に設けられる。

この発明によれば、荷重部材の運動軌跡が規制されることにより車輪の振動が荷重部材の振動として好ましく伝達され、車両の乗り心地を向上させることができる。

また、荷重部材としてインホイールモータや変速機を用いることにより、必要な装置の重量を有効に活用しながら、インホイールモータによって駆動される車両の乗り心地を向上させることができる。

また、規制部材としてトルクロッドを用いることにより、等速ジョイントに加わる荷重部材の振動による応力が軽減されるので、等速ジョイントを小型にすることができる。

さらに、ロアアームとアッパーアームの双方に弾性部材が取り付けられ２つの弾性部材が荷重部材の重心を通る直線上に設けられるので、弾性部材の振動伝達および緩衝効果を好ましく引き出すことができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態１による車輪支持装置およびそれによって支持される電動輪の概略断面図である。

図１を参照して、電動輪１００は、ホイールディスク１０と、ホイールハブ２０と、等速ジョイント３０と、ブレーキロータ４０と、ブレーキキャリパ５０と、インホイールモータＩＷＭと、タイヤ２５０とを備える。

インホイールモータＩＷＭは、ケース６０と、モータ７０と、プラネタリギヤ８０と、オイルポンプ９０と、シャフト１１０と、オイル通路１２０とを含む。

また、車輪支持装置２００は、ダンパー１４０，１５０と、ボールジョイント１６０，１７０と、ナックル１８０と、アッパーアーム２１０と、ロアアーム２２０と、ショックアブソーバ２３０とを含む。

ホイールディスク１０は、略カップ型形状を有し、ディスク部１０Ａとリム部１０Ｂとからなる。そして、ホイールディスク１０は、ホイールハブ２０、ブレーキロータ４０、ブレーキキャリパ５０、およびインホイールモータＩＷＭを収納するようにしてもよい。ホイールディスク１０は、ディスク部１０Ａをネジ１，２によってホイールハブ２０に締結することによりホイールハブ２０と連結される。ホイールハブ２０は、等速ジョイント３０を内蔵し、その内蔵した等速ジョイント３０を介してシャフト１１０に連結される。そして、ホイールハブ２０は、ハブベアリング１１，１２によってナックル１８０に回転自在に支持される。

等速ジョイント３０は、ガイド３１と、ニードルベアリング３２とを含む。ガイド３１はホイールハブ２０に当接する。ニードルベアリング３２が、ホイールハブ２０の溝中をシャフト１１０の回転軸に沿う方向に移動できるので、シャフト１１０は回転軸に沿う方向にスライド可能である。

ここで、シャフト１１０が軸方向に可動となっているので、等速ジョイント３０に対する回転軸に沿う方向の力を逃がすことができるので、等速ジョイント３０を小型にすることができる。

ブレーキロータ４０は、内周端がネジ３，４によってホイールハブ２０の外周端に固定され、外周端がブレーキキャリパ５０内を通過するように配置される。ブレーキキャリパ５０は、ブレーキピストンの移動方向に可動にナックル１８０に固定される。そして、ブレーキキャリパ５０は、ブレーキピストン５１と、ブレーキパッド５２，５３とを含む。ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込む。

ブレーキオイルが供給されると、ブレーキピストン５１は、ブレーキパッド５２を押す。ブレーキパッド５２がブレーキピストン５１によってブレーキロータ４０の外周部に押し付けられると、その反力でブレーキキャリパ５０全体が車体側に向かって移動する。このため、ブレーキパッド５３が車体側に向かって移動する。これにより、ブレーキパッド５２，５３は、ブレーキロータ４０の外周端を挟み込み、電動輪１００にブレーキがかけられる。

ケース６０は、ホイールハブ２０の車体側に配置される。そして、ケース６０は、モータ７０と、プラネタリギヤ８０と、オイルポンプ９０と、シャフト１１０と、オイル通路１２０とを収納する。

モータ７０は、ステータコア７１と、ステータコイル７２と、ロータ７３とを含む。ステータコア７１は、ケース６０に固定される。ステータコイル７２は、ステータコア７１に巻回される。モータ７０が三相モータである場合、ステータコイル７２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなる。

ロータ７３は、ステータコア７１およびステータコイル７２の内周側に配置される。

プラネタリギヤ８０は、サンギヤ軸８１と、サンギヤ８２と、ピニオンギヤ８３と、プラネタリキャリア８４と、リングギヤ８５と、ピン８６とを含む。サンギヤ軸８１は、モータ７０のロータ７３に連結される。そして、サンギヤ軸８１は、ベアリング１４，１５により回転自在に支持される。サンギヤ８２は、サンギヤ軸８１に連結される。

ピニオンギヤ８３は、サンギヤ８２と噛合い、ピン８６の外周に配設されたベアリングにより回転自在に支持される。プラネタリキャリア８４は、ピニオンギヤ８３に連結され、シャフト１１０にスプライン嵌合される。そして、プラネタリキャリア８４は、ベアリング１６，１７により回転自在に支持される。リングギヤ８５は、ケース６０に固定される。ピン８６は、周囲に配設されたベアリングを介してピニオンギヤ８３に支持される。

オイルポンプ９０は、シャフト１１０の一方端に設けられる。シャフト１１０は、ベアリング１３，１７によって回転自在に支持される。そして、シャフト１１０は、オイル通路１１１およびオイル孔１１２を内蔵する。

オイル通路１２１は、一方端がオイルポンプ９０に連結され、他方端がオイル溜１３０に挿入される。

オイルポンプ９０は、オイル溜１３０に溜まったオイルをオイル通路１２１を介して汲み上げ、その汲み上げたオイルをオイル通路１１１へ供給する。

タイヤ２５０は、ホイールディスク１０のリム部１０Ｂの外縁に固定される。

ダンパー１４０，１５０は、ゴムの中に油を封入した構成からなり、インホイールモータＩＷＭのケース６０に取り付けられる。より具体的には、ダンパー１４０はナックル上部１８０ａとケース６０との間に設けられ、ダンパー１５０はナックル下部１８０ｂとケース６０との間に設けられる。ダンパー１４０，１５０は各々スプリング２６０，２７０の中心軸に配置されている。

かかるダンパーの配置は、限定されないが、荷重部材であるインホイールモータＩＷＭの重心を通る車体の上下方向ＤＲ１と平行な軸上に配置されることが好ましい。そのようにすれば、２つのダンパー１４０，１５０の振動伝達および緩衝効果を好ましく引き出すことができる。

ナックル１８０（１８０ａ）は、一方端がボールジョイント１６０に連結され、他方端がハブベアリング１１，１２を介してホイールハブ２０に連結される。ナックル１８０（１８０ｂ）は、一方端がボールジョイント１７０に連結される。

アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向ＤＲ１にインホイールモータＩＷＭを挟むように配置される。アッパーアーム２１０は、一方端がボールジョイント１６０に連結され、他方端が車体の上下方向ＤＲ１に回動可能に車体に固定される。ロアアーム２２０は、一方端がボールジョイント１７０に連結され、他方端が車体の上下方向ＤＲ１に回動可能に車体に固定される。また、ロアアーム２２０は、ショックアブソーバ２３０を介して車体に連結される。これにより、電動輪１００は、車体に懸架される。

このように、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、それぞれボールジョイント１６０，１７０によってナックル１８０ａ，１８０ｂに接続される。ダンパー１４０はナックル１８０ａとケース６０の上部との間に設けられ、ダンパー１５０はナックル１８０ｂとケース６０の下部との間に設けられる。

そして、インホイールモータＩＷＭの動きを上下方向に直線的な動きに制限するために、図１において破線で示されるトルクロッド３００が設けられる。トルクロッド３００は図１においては、インホイールモータＩＷＭの重心を通る上下方向ＤＲ１と平行な直線上に配置される。実際には、後に図２で説明するようにトルクロッドは、インホイールモータＩＷＭの両脇に２本配置されている。トルクロッドによって動きが制限されるので、荷重部材であるインホイールモータＩＷＭは、車輪が振動するとインホイールモータＩＷＭの重心を通る直線に沿うようにその重心が上下動する。規制部材としてトルクロッド３００を用いることにより、等速ジョイント３０に加わる荷重部材の振動による応力が軽減されるので、等速ジョイントを小型にすることができる。

アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、車体の上下方向ＤＲ１に回動自在に車体に固定され、ロアアーム２２０は、ショックアブソーバ２３０を介して車体に連結されるので、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０およびショックアブソーバ２３０は、サスペンションとして機能する。そして、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０は、「サスペンションアーム」を構成する。

車輪支持装置２００は、ダンパー１４０，１５０をインホイールモータＩＷＭのケース６０に固定し、ボールジョイント１６０，１７０によってサスペンションアーム（アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０）をダンパー１４０，１５０およびナックル１８０に連結することにより、電動輪１００を車体に支持する。

すなわち、車輪支持装置２００は、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０およびナックル１８０によってホイールディスク１０およびホイールハブ２０を回転可能に支持し、アッパーアーム２１０、ロアアーム２２０、ダンパー１４０，１５０およびトルクロッド３００によってインホイールモータＩＷＭを車体の上下方向ＤＲ１に振動可能に支持する。

車両の走行中に、電動輪１００が路面状態等に応じて車体の上下方向ＤＲ１に振動を受けると、ダンパーマスとなるインホイールモータＩＷＭ（モータ７０）によってダンパー１４０，１５０は、車体の上下方向ＤＲ１に変形し、電動輪１００が受けた振動と位相のずれたインホイールモータＩＷＭ（モータ７０）の上下方向ＤＲ１の振動を発生させる。つまり、ダンパー１４０，１５０は、電動輪１００の振動をモータ７０の振動に変換する。そして、ダンパー１４０，１５０は、電動輪１００が受けた振動をインホイールモータＩＷＭに相殺させる。そうすると、電動輪１００の振動は、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０を介して車体に伝達されにくくなる。

これにより、タイヤ２５０からのバネ下入力が緩和される。すなわち、ショックアブソーバ２３０によって吸収し切れない振動が吸収される。その結果、車両の乗り心地が向上する。

車体に搭載されたスイッチング回路（図示せず）によりステータコイル７２に交流電流が供給されると、ロータ７３が回転し、モータ７０は、所定のトルクを出力する。そして、モータ７０の出力トルクは、サンギヤ軸８１を介してプラネタリギヤ８０へ伝達される。プラネタリギヤ８０は、サンギヤ軸８１から受けた出力トルクをサンギヤ８２およびピニオンギヤ８３によって変更、つまり、変速（減速）してプラネタリキャリア８４へ出力する。プラネタリキャリア８４は、プラネタリギヤ８０の出力トルクをシャフト１１０に伝達し、シャフト１１０は、等速ジョイント３０を介して所定の回転数でホイールハブ２０およびホイールディスク１０を回転する。これにより、電動輪１００は、所定の回転数で回転する。

一方、オイルポンプ９０は、オイル通路１２０を介してオイル溜１３０からオイルを汲み上げ、その汲み上げたオイルをシャフト１１０の内部に設けられたオイル通路１１１へ供給する。

そうすると、オイル通路１１１へ供給されたオイルは、オイル通路１１１を移動中にシャフト１１０の回転により生じた遠心力によってオイル孔１１２から吐出される。そして、オイル通路１２１は、シャフト１１０から吐出されたオイルをプラネタリギヤ８０に供給し、プラネタリギヤ８０を潤滑する。また、シャフト１１０から吐出されたオイルは、ステータコイル７２を冷却し、ベアリング１４〜１７を潤滑する。

図２は、図１に示した車輪支持装置を図１のＡの矢印で示すように車体側から見た図である。なお、図が複雑になるのを避けるため、図２においてショックアブソーバ２３０およびアッパーアーム２１０、ロアアーム２２０、タイヤ２５０、ホイールディスク１０、ブレーキキャリパ５０およびブレーキロータ４０は、図示していない。

図２を参照して、ナックル１８０ａとモータのケース６０の上部との間にはダンパー１４０が配置されている。同様に、ナックル１８０ｂとモータのケース６０の下部との間にはダンパー１５０が配置されている。

ナックル１８０ａからナックル１８０ｂに向けて、インホイールモータＩＷＭの両脇にそれぞれトルクロッド３００ａ，３００ｂが挿入されている。ナックル１８０ｂには雌螺子が切られている。トルクロッド３００ａ，３００ｂの先端には雄螺子が切られており、トルクロッド３００ａ，３００ｂはナックル１８０ａを貫通し、ナックル１８０ｂにねじ込まれている。

トルクロッド３００ａ，３００ｂには、それぞれアーム３１０ａ，３１０ｂが、トルクロッドに沿う方向に移動可能に取り付けられている。アーム３１０ａ，３１０ｂには、それぞれベアリング３１２ａ，３１２ｂが取り付けられ、ピン３１４ａ，３１４ｂを回転可能に支持している。ピン３１４ａ，３１４ｂはモータのケース６０を挟んで支持している。

したがって、ピン３１４ａ，３１４ｂを結ぶ軸を中心として、モータケースは、回動可能である。

図３は、インホイールモータの上下方向の振動を説明するための概念図である。

図３を参照して、インホイールモータは、荷重部材として車輪の振動に応じて上下動して振動を相殺して車体に路面の振動が伝わりにくくする働きをする。図１、図２に示した構造とすることにより、荷重部材の重心位置は重心を通る直線である軸４０５に沿って位置４００、４０１、４０２に示すように上下動する。等速ジョイント３０にはニードルベアリング３２が設けられているので、シャフト１１０はこのような動きが可能となる。また、振動によって生じる力は、トルクロッドと上下のダンパーによって受け止められるので、等速ジョイントにかかる力が小さくなる。したがって、等速ジョイント３０を小型にすることができる。

また、車輪の上下動に対して荷重部材も直線上を上下動するので振動の相殺の効果をいっそう大きくすることができる。

なお、この発明においては、図１のダンパー１４０，１５０に代えてブッシュ付スプリングまたは粘性物が封入されたダンパーが用いられてもよい。すなわち、この発明においては、インホイールモータＩＷＭは、弾性体またはダンパーによって振動可能に支持されていればよい。

本実施の形態においては、ホイールディスク１０およびホイールハブ２０は、「ホイール」を構成する。

また、ダンパー１４０，１５０は、「弾性部材」を構成する。そして、１対の弾性部材は、アッパーアーム２１０およびロアアーム２２０の両方に連結される。

さらに、インホイールモータＩＷＭは、「荷重部材」を構成する。なお、電動輪でない場合には、「荷重部材」として、モータに代えて単なる重りを用いることもできる。

さらに、ナックル１８０は、電動輪１００のホイール（ホイールディスク１０およびホイールハブ２０）を回転可能に支持する「回転支持部材」を構成する。

本発明によれば、車両の走行中に電動輪１００が路面状態等に応じて振動を受けると、「弾性部材」は、電動輪１００が受けた振動によって「荷重部材」を車体の上下方向ＤＲ１に位相をずらせて振動させ、結果的にバネ上である車体に大きな振動を伝えない（相殺させる）。これにより、インホイールモータＩＷＭによって駆動される車輪を搭載した車両の乗り心地が向上する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１による車輪支持装置およびそれによって支持される電動輪の概略断面図である。 図１に示した車輪支持装置を図１のＡの矢印で示すように車体側から見た図である。 インホイールモータの上下方向の振動を説明するための概念図である。

符号の説明

１〜４ ネジ、 １０Ａ ディスク部、 １０ ホイールディスク、 １０Ｂ リム部、 １１，１２ ハブベアリング、 １３〜１７ ベアリング、 ２０ ホイールハブ、 ３０ 等速ジョイント、 ３１ ガイド、 ３２ ニードルベアリング、 ４０ ブレーキロータ、 ５０ ブレーキキャリパ、 ５１ ブレーキピストン、 ５２，５３ ブレーキパッド、 ６０ ケース、 ７０ モータ、 ７１ ステータコア、 ７２ ステータコイル、 ７３ ロータ、 ８０ プラネタリギヤ、 ８１ サンギヤ軸、 ８２ サンギヤ、 ８３ ピニオンギヤ、 ８４ プラネタリキャリア、 ８５ リングギヤ、 ８６，３１４ａ，３１４ｂ ピン、 ９０ オイルポンプ、 １００ 電動輪、 １１０ シャフト、 １１１，１２０，１２１ オイル通路、 １１２ オイル孔、 １３０ オイル溜、 １４０，１５０ ダンパー、 １６０，１７０ ボールジョイント、 １８０，１８０ａ，１８０ｂ ナックル、 ２００ 車輪支持装置、 ２１０ アッパーアーム、 ２２０ ロアアーム、 ２３０ ショックアブソーバ、 ２５０ タイヤ、 ２６０，２７０ スプリング、 ３００，３００ａ，３００ｂ トルクロッド、 ３１０ａ，３１０ｂ アーム、 ３１２ａ，３１２ｂ ベアリング、 ＩＷＭ インホイールモータ。

Claims (6)

1. 車輪のホイール内に設けられた荷重部材に取り付けられ、前記車輪の振動と前記荷重部材の振動とを互いに減衰するように配置された弾性部材と、
   一方端が前記弾性部材に連結され、他方端が車体の上下方向に回動可能に前記車体に固定されるサスペンションアームと、
   前記サスペンションアームおよび前記弾性部材に連結され、前記車輪のホイールを回転可能に支持する回転支持部材と、
   前記車輪の振動が静止している状態における前記荷重部材の重心位置を通る直線上を前記荷重部材の重心が往復運動するように前記荷重部材の運動軌跡を規制する規制部材とを備える車輪支持装置。
2. 前記荷重部材は、
   モータと、
   前記モータが発生する動力を出力する出力軸と、
   前記荷重部材の重心の前記往復運動に応じた前記モータの出力軸に沿う方向の変位が可能になるように前記出力軸に取り付けられ、前記出力軸の回動を前記ホイールに伝達する等速ジョイントと、
   前記サスペンションアームに前記弾性部材を介して取り付けられ、前記モータを収納するケースとを含む、請求項１に記載の車輪支持装置。
3. 前記荷重部材は、
   前記モータの回転数を所定の比で変速して前記出力軸に伝達する変速機をさらに含む、請求項２に記載の車輪支持装置。
4. 前記規制部材は、
   前記荷重部材の両脇に前記直線と平行に設けられる一対のトルクロッドと、
   前記一対のトルクロッドにそれぞれ沿う方向に可動に取り付けられた一対のアームとを含み、
   前記ケースは、前記モータの出力軸および前記荷重部材の重心を通る直線の両方に直交する軸を中心として前記荷重部材が回動可能に前記アームに対して取り付けられる、請求項２に記載の車輪支持装置。
5. 前記サスペンションアームは、
   ロアアームと、
   アッパーアームとを含み、
   前記弾性部材は、
   前記ロアアームの端部と前記ケースとの間に設けられる第１の弾性部材と、
   前記アッパーアームの端部と前記ケースとの間に設けられる第２の弾性部材とを含む、請求項１に記載の車輪支持装置。
6. 前記第１、第２の弾性部材は、前記重心を通る直線上に設けられる、請求項５に記載の車輪支持装置。

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